Kilatan petir memiliki bentuk zig-zag yang khas dan fisikawan telah lama bertanya-tanya mengapa. Sekarang, John Lowke dan Endre Szili di University of South Australia telah melakukan perhitungan yang dapat menjelaskan perilaku ini.
Duo ini menciptakan model yang menggambarkan perambatan yang tidak biasa dari "pemimpin petir" - saluran udara terionisasi - yang menghubungkan awan petir ke tanah. Mereka mengusulkan bahwa langkah-langkah zig-zag dikaitkan dengan atom oksigen metastabil yang sangat bersemangat – yang membuat arus listrik jauh lebih mudah mengalir melalui udara.
Petir tampaknya merambat dalam serangkaian langkah yang melibatkan pemimpin, yang panjangnya puluhan meter dan berasal dari awan petir. Seorang pemimpin akan menyala sekitar 1 μs saat arus mengalir, membuat langkah. Kemudian saluran akan menjadi gelap selama puluhan mikrodetik, diikuti oleh pembentukan langkah bercahaya berikutnya di ujung pemimpin sebelumnya – kadang-kadang dengan percabangan terjadi. Proses ini berulang untuk membuat bentuk petir bergerigi yang familiar. Aspek yang aneh dari proses ini adalah bahwa setelah anak tangga menyala dan gelap, ia tidak menyala lagi – meskipun merupakan bagian dari kolom konduktor.
Langkah ini diketahui bertanggung jawab atas pola zig-zag khas yang ditemukan pada kilatan petir, tetapi ada beberapa pertanyaan yang belum terjawab tentang fisika di balik fenomena ini. Secara khusus, sifat kolom gelap namun konduktif yang menghubungkan para pemimpin dengan awan petir sebagian besar tetap menjadi misteri.
Oksigen delta tunggal
Dalam studi mereka, Lowke dan Szili menghitung bahwa perilaku melangkah dapat dihubungkan dengan akumulasi molekul oksigen yang sangat bersemangat yang disebut "oksigen metastabil singlet delta". Molekul-molekul ini memiliki masa hidup radiatif kira-kira satu jam, dan menyebabkan elektron terlepas dari ion oksigen negatif – meningkatkan konduktivitas udara di sekitarnya.
Fisikawan yang menjinakkan petir
Duo ini menunjukkan bahwa waktu antara langkah-langkah yang berurutan sesuai dengan waktu yang dibutuhkan untuk konsentrasi molekul metastabil yang cukup untuk terakumulasi di ujung pemimpin. Ini meningkatkan medan listrik di ujungnya, memungkinkan ionisasi lebih lanjut pada langkah berikutnya. Selain itu, para peneliti mengusulkan bahwa oksigen delta singlet konsentrasi tinggi harus bertahan pada langkah-langkah awal, memungkinkan langkah-langkah ini mempertahankan konduktivitas listriknya, bahkan tanpa medan listrik yang menopang.
Lowke dan Szili berharap pemahaman yang lebih baik tentang proses ini dapat menghasilkan teknik baru dan peraturan yang lebih kuat untuk melindungi bangunan dari sambaran petir. Ini dapat meminimalkan kerusakan ekonomi dan lingkungan yang disebabkan oleh petir sekaligus mengurangi ancaman terhadap nyawa dan anggota tubuh.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Jurnal Fisika D: Fisika Terapan.
